淺談變頻器應用注意事項

摘要：目前變頻器在生產(chǎn)裝置使用日益廣泛，但是由于用戶經(jīng)驗不足引發(fā)很多故障造成損失，在此就變頻器的設計選型、參數(shù)設置、運行維護等幾個方面容易出現(xiàn)的一些問題進行論述。

關(guān)鍵詞：變頻器；應用；注意事項

1、變頻器的原理

變頻器按能量變換的情況可以分為交流一交流變頻器與交流一直流一交流變頻器兩種。前者是直接將工頻電源轉(zhuǎn)變成所需頻率的交流電源，所以也稱直接變頻。后者則是把直流電能

（一般是經(jīng)交流電源整流而得）轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的交流電。

圖1a交一交變頻器原理圖 圖1b交一直一交變頻器原理圖

（1）、交一交變頻器

簡單的交一交變頻器的原理，可用兩組反并聯(lián)的變流器組成；如圖1a所示。如果令正組變流器和反組變流器輪流地導通，則在負載上就獲得交變的輸出電壓u0。u0的幅值可以通過改變變流器的控制角α加以調(diào)節(jié)，u0的頻率則由正、反兩組變流器輪流導通的切換頻率所決定。

（2）、交一直一交變頻器

交一直一交變頻器是由整流器與逆變器兩者所組成，如圖1b所示。如果令兩對晶閘管T1、T4，與T2、T3 輪流地切換導通，則負載上使得到交流輸出電壓u0。u0的幅值可以用改變直流電壓Ud來調(diào)節(jié)，u。的頻率則取決于兩對晶閘管的切換頻率。

2、設計選型方面、技術(shù)協(xié)議中需要注意的事項

（1）變頻器設計選型要注意電纜線路較長時，應加輸出電抗器，因為在電動機繞組和外殼之間、電動機電纜和大地之間存在較大的寄生電容，通過寄生電容就會有高頻漏電流流向大地，引起過電流和過電壓故障；如果加電抗器還是不滿足要求，可以將設備選型的額定容量增加一檔；正弦濾波器雖然能夠更好的抑制諧波并且輸出波形平滑，但是考慮到費用較高并且需要定期更換內(nèi)部電容，所以不建議使用；大容量變頻器考慮選用12脈沖變頻，可以通過專用整流變壓器供電，同一母線上有著多臺整流變注意在變壓器接線組別的選擇。

（2）、在與供貨商進行技術(shù)交流前一定要充分了解工藝運行條件，首先是工藝能否直接由變頻切換到工頻，工藝負載的特性容量等，必須調(diào)整好切換時間，時間長了會造成裝置波動，切換時間太短電機殘壓與工頻電壓不同期容易導致過流保護動作。變頻器驅(qū)動三相異步電機在長期低速運轉(zhuǎn)（20Hz以下）時，一定要選用變頻電機。高頻運轉(zhuǎn)的電機要注意電抗器的額定頻率滿足要求，CO裝置設計審查時沒有考慮到設備實際工況，分別工作在低速時頻率38.5HZ、高速時頻率118.5HZ，而該變頻器電抗器的額定頻率為最大60HZ，當設備高速運行時頻率超出了其實際最大允許值很多，從而造成電抗器電磁雜音大且溫度很高，電抗器芯最高溫度為157℃，后來采購了頻率范圍達到0～120HZ的ABB電抗器，溫度下降到56.2℃，接線端和連接電纜的溫度也大為下降，并且電磁雜音也大為降低。此外，一定要避免將變頻器安裝在設備現(xiàn)場的情況，由于現(xiàn)在變頻器都是由IGBT功率元件組成，對工作環(huán)境要求較高，高溫灰塵將嚴重影響變頻器使用壽命。

（3）、技術(shù)協(xié)議附件配置方面，一些可選件必須完備，包括電抗器、顯示屏、防護等級等；大容量變頻電機很多采取強制風冷，容易出現(xiàn)設計漏項，鑒于風扇電機無法巡檢，必須將風扇電機的運行信號遠傳報警或者直接跳閘；在變頻器的輸出側(cè)，嚴禁連接功率因數(shù)補償器、電容、防雷壓敏電阻；變頻器在海拔1000米以上地區(qū)使用時，須降容使用，主要是因為高海拔空氣稀薄不利于排風扇散熱；變頻器輸入側(cè)與電源之間應安裝空氣斷路器和熔斷器，主要是用于整流回路短路故障保護作用；關(guān)鍵電機變頻器控制回路電源采用直流或者UPS電源，避免接觸器、、繼電器PLC等在電源波動時非正常動作導致停車。

3、變頻器參數(shù)設置方面要注意的事項

很多用戶對于一般性的參數(shù)設置比較清楚，包括銘牌、開停車、加減速時間等，還有幾個重要參數(shù)雖然不會影響變頻器開車試車，但是會對設備的長周期穩(wěn)定運行產(chǎn)生影響。

（1）、載波頻率：

變頻器的載波頻率是可調(diào)的，可方便人們對噪聲的需求。一般情況下，現(xiàn)場都是變頻器的載波頻率不做調(diào)整直接使用缺省值，但在實際應用中是需要酌情而定的。一些用戶往往因載波頻率值設定不當，造成各種異?，F(xiàn)象，甚至故障，損壞變頻器。當通用變頻器運行在載波頻率高時，輸出電流波形好，但載波頻率過高時，變頻器自身損耗加大，IGBT溫度上升，同時輸出電壓的變化率du/dt亦增大，當電動機電纜較長時，對地寄生電容也迅速增大，對電動機的絕緣造成威脅。當載波頻率過低時，電動機有效轉(zhuǎn)矩減小，損耗加大，電動機溫度增高。一般在調(diào)試過程中應試探性地調(diào)整載波頻率，首先一般情況下在產(chǎn)品使用手冊上會有建議設置，這與變頻器的品牌和容量有關(guān)；其次，遵循電動機功率大的，相對選用載波頻率要低些，并從低端向高端調(diào)整；第三、電纜越長，載波頻率設置就要往下調(diào)整；首先要確定合適的載波頻率值后，再考慮是否需要加裝濾波器或諧波抑制裝置，一般情況下都要遵守這個原則。

（2）、直流母線欠壓補償參數(shù)

當輸入電源正常時，380V三相交流輸入電源經(jīng)過三相半控橋整流電路的整流和中間電路電容的濾波，轉(zhuǎn)換為直流電源，然后通過逆變電路將直流電壓逆變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電源。當交流輸入電源出現(xiàn)短暫的停電時，整流器會停止工作，中間電路的直流電壓就會下降，這時電機在慣性的作用下處于自由旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，相當于一臺異步發(fā)電機，向變頻器反送電能，變頻器逆變電路的三對續(xù)流二極管組成三相橋式整流器，將電機反饋的三相感應電動勢整流為直流電源，向中間電路的電容補充能量，在一段時間內(nèi)維持中間電路電壓不低于變頻器的低電壓跳閘閥值340VDC，如果在中間電路電壓下降到低電壓跳閘閥值前，電源電壓恢復正常，變頻器就會自動跟蹤電機的轉(zhuǎn)速自起動，這就是變頻器能實現(xiàn)抗晃電功能的重要依據(jù)。如果中間電路電壓下降超過了低電壓跳閘閥值，變頻器就會報低電壓故障跳閘，不能再起動。在以往使用變頻器時，人們對其調(diào)速和節(jié)能功能比較熟悉，而對它的抗晃電能力認識不足，我們可以通過啟用直流母線欠壓補償這一功能實現(xiàn)。

（3）轉(zhuǎn)速信號丟失參數(shù)

變頻器調(diào)速給定方式可以通過電壓、電流、通訊等不同方式，在生產(chǎn)運行過程中出現(xiàn)轉(zhuǎn)速給定信號丟失是可能發(fā)生的，可以通過參數(shù)設置確保信號故障時變頻器工作在預設轉(zhuǎn)速，一般情況下轉(zhuǎn)速信號丟失可以設置為保持最低轉(zhuǎn)速參數(shù)運行或者最后轉(zhuǎn)速信號運行，該參數(shù)的合理設置，可以確保生產(chǎn)裝置穩(wěn)定運行。

（4）跳躍頻率

如遇到負載裝置在某一特定轉(zhuǎn)速下的機械共振點，應設置跳躍頻率避開共振點。

4、工作環(huán)境、溫度注意事項

（1）工作溫度：變頻器內(nèi)部是大功率的電子元件，極易受到工作溫度的影響，產(chǎn)品一般要求為0～55℃，但為了保證工作安全、可靠，使用時應考慮留有余地，最好控制在40℃以下，如果能降低變頻器運行溫度，就延長了變頻器的使用壽命，性能也穩(wěn)定。在控制柜中，變頻器一般應安裝在箱體上部，并嚴格遵守產(chǎn)品說明書中的安裝要求，絕對不允許把發(fā)熱元件或易發(fā)熱的元件緊靠變頻器的底部安裝。保持變頻器風扇的完好是變頻器長周期運行的重要條件，在加強巡檢的基礎上可以在每只風扇上方系上紅色飄帶，便于觀察。溫度變化較大時，變頻器內(nèi)部易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，其絕緣性能就會大大降低，甚至可能引發(fā)短路事故，必要時可以在控制柜中增加干燥劑和加熱器。

（2）工作環(huán)境：變頻器室盡量安裝空調(diào)，除了降溫外，同時很好地起到了除濕、清潔的效果。電子元件對濕度的要求也很高，特別要注意的是梅雨季節(jié)濕度很大，停運一段時間的變頻器，運行前必須做好檢查維護工作。但是，要求空調(diào)風不能對著變頻器直吹，以免空調(diào)停運間隙溫差過大，反而吸入潮氣，甚至造成凝露，這點應引起我們的特別注意。粉塵對變頻器的影響也很大，聚乙烯裝置齒輪泵變頻器短路放炮，檢查確認就是內(nèi)部晶閘管上面吸附的灰塵導致短路；因此，必須提高變頻器室的清潔度，空調(diào)可以隔絕室內(nèi)外空氣交換，減小灰塵，但是仍然需要定期清掃維護，清掃維護的人員要采取防靜電措施。

5、其它注意事項

（1）變頻器長期存放：1年以內(nèi)直接加全壓；1-2年全壓通電一小時；2年以上，通電時應先用調(diào)壓器并逐漸升高電壓25%-50%-75%-100%四檔，時間分別為30分鐘-30分鐘- 30分鐘-210分鐘。電機首次使用或長期放置后使用，必須對電機進行絕緣檢測，對電機絕緣檢測時必須將變頻器與電機連線斷開。

（2）變頻器驅(qū)動電機長期超過50Hz運行時，應保證電機軸承等機械裝置在使用的速度范圍內(nèi)，注意電機和設備的震動、噪音。變頻器驅(qū)動減速箱、齒輪等需要潤滑機械裝置，在長期低速運行時應注意潤滑效果。

（3）嚴禁在變頻器的輸入側(cè)使用接觸器等開關(guān)器件進行頻繁啟停操作。變頻器斷開電源后，等待變頻器充電指示燈熄滅后且直流母線電壓（PA+，PC-）應在45V以下，方可進行維護操作。（4）影響變頻器壽命的元件大致有四種：自身冷卻風扇，上電時限流電阻短路接觸器，中間環(huán)節(jié)大容量電解電容，大容量變頻器電源板。要注意前兩個元件是機械磨損元件，一般壽命為4年以上，第三個元件規(guī)定為6～12年，一般情況下6年后檢測一下電容值，如果小于額定值的80%就應更換，第四個元件建議8年進行更換。

6、抗干擾方面

（1）變頻器本身對電網(wǎng)及電機、變壓器等設備的干擾：

由于目前的變頻器幾乎都采用PWM控制方式，這樣的脈沖調(diào)制形式使得變頻器運行時在電源側(cè)產(chǎn)生高次諧波電流，并造成電壓波形畸變，對電源系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重影響；在變頻器的輸出電壓中，含有高頻尖峰浪涌電壓，這些高次諧波沖擊電壓將會降低電動機繞組的絕緣強度，尤其以PWM控制型變頻器更為明顯；電流諧波將增加變壓器銅損，電壓諧波將增加鐵損，綜合效果是使變壓器溫度上升，影響其絕緣能力，并造成容量裕度減小，諧波也可能引起變壓器繞組及線間電容之間共振，及引起鐵心磁通飽和而產(chǎn)生噪聲；電力電子設備在多種場合是產(chǎn)生諧波的諧波源，但他自身也很容易感受諧波失真而誤動作，這些設備靠著電壓的過零點或電壓波形來控制或操作，若電壓有諧波成分時，零點移動、波形改變，造成許多誤動作。

（2）變頻器及控制部分受到干擾：

如果變頻器周圍存在干擾源，它們將通過輻射或電源線侵入變頻器的內(nèi)部，引起控制回路誤動作，造成工作不正?；蛲C，嚴重時甚至損壞變頻器；變頻器由主回路和控制回路兩大部分組成，由于主回路的非線性（進行開關(guān)動作），變頻器本身就是諧波干擾源，所以對電源側(cè)和輸出側(cè)的設備會產(chǎn)生影響；與主回路相比，變頻器的控制回路是小能量、弱信號回路，極易遭受其它裝置產(chǎn)生的干擾。因此，變頻器在安裝使用時，必須對控制回路采取抗干擾措施。

（3）抗干擾措施：

一、加大與干擾源電纜的距離，達到導體直徑40倍以上時，干擾程度就不大明顯，也可以在兩電纜間設置屏蔽導體，再將屏蔽導體接地，一般將控制電纜與主回路電纜或其它動力電纜分離鋪設，分離距離通常在30cm以上（最低為10cm），分離困難時，將控制電纜穿過鐵管鋪設。二、控制電纜建議采用1.25mm2或2mm2屏蔽絞合絕緣電纜，絞合間距越小，鋪設的路線越短，抗干擾效果越好，屏蔽電纜的屏蔽要連續(xù)到電纜導體同樣長，電纜在端子箱中連接時，屏蔽端子要互相連接。三、裝有變頻器的控制柜，應盡量遠離大容量變壓器和電動機，以及易產(chǎn)生電弧的斷路器和接觸器，其控制電纜線路也應避開這些設備。四、變頻器要正確接地，接地電阻小于1Ω。五、變頻器與電機之間的控制電纜過長，要注意開停信號隔離繼電器的抗干擾性能。

7、結(jié)束語

變頻器的應用維護，不僅僅要從電氣安穩(wěn)運行角度出發(fā)，還要考慮到經(jīng)濟性、工藝設備特性、以及相關(guān)負荷的重要性，不同情況下的選型、設置、維護策略都是相應變化的，這就需要用戶根據(jù)需求做好設計審查、技術(shù)交流、安裝調(diào)試等各個環(huán)節(jié)的準備工作。

作者簡介：

章新，1975年11月出生，男，漢族，籍貫江蘇省南京市，1997年湖南大學電氣自動化專業(yè)本科畢業(yè)，電氣工程師，現(xiàn)就職于揚子石化公司電儀分公司，主要從事電氣專業(yè)工作。